一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及铜元素掺杂以及负载氧化镍形成TiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光催化剂
，尤其涉及一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]工业以及生活排放的温室气体(CO2)，已经诱发了一系列环境和能源问题：温室效应，能源危机和臭氧耗尽。CO2的选择性催化还原已广泛应用于除去CO2数十年，作为光催化剂TiO2基催化剂在宽光谱范围内完成了优异的CO2还原性能。
[0003]然而，目前的传统的TiO2催化剂存在严重限制，例如：由于CO2或H2O的存在催化剂活性不高、稳定性不足、还原过程中选择性差等问题。
[0004]因此，开发与制造可以满足常温下稳定和有效的操作的要求的新型光催化剂极为具有应用前景。
[0005]基于上述情况，本专利技术提出了一种高导热陶瓷煲及其制备方法，可有效解决以上问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中光催化剂存在的选择性还原CO2性能不强和催化剂使用效率不高等问题，而提供一种高效且稳定的一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂及其制备方法。
[0007]为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
[0008]本专利技术第一方面提供一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂，所述铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂以异原子掺杂的氧空位和负载助催化剂氧化镍为活性组分，二氧化钛为载体，并且Ni相对于Cu
‑
TiO2的质量百分比为0.1～2wt.％，固有OVs锚定Ni原子并形成镍氧化物。
[0009]优选地，所述异原子为铜原子。
[0010]优选地，所述Ni相对于Cu
‑
TiO2的质量百分比为0.1wt.％、0.5wt.％、1wt.％或2.0wt.％。
[0011]优选地，一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂(CTN)，其特征在于，Cu、TiO2、Ni的质量比为0.005:1:0.001
‑
0.02。并且将掺杂的NiO质量分数按照0.1、0.5、1、2四个梯度进行制备。
[0012]本专利技术第二方面提供所述的一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1：将0.0378g的Cu(NO3)2·
3H2O搅拌溶解在10mL钛酸四丁酯和20ml无水乙醇混合溶液中，以实现Cu:TiO2＝0.5wt.％的质量比，记为溶液1；将冰醋酸(4mL)、去离子水(5mL)和无水乙醇(10mL)的混合，记为溶液2；
[0014]S2：将步骤S1得到的溶液2滴加到溶液1中，连续搅拌，直到形成凝胶。
[0015]干燥并煅烧得到样品A1；
[0016]S3：将步骤S2得到的样品A1取2g分散于50mL1.0MNaOH溶液中；之后加入0.0049g六水合硝酸镍(以获得Ni的质量百分比为0.1)，磁力搅拌12h，记为悬浊液1；
[0017]S4：离心悬浊液1得到沉淀1，用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀1，直到pH达到7.0；然后，在60℃下干燥过夜后，350℃下煅烧3小时，得到的样品标记为B1样品；
[0018]S5：重复S3
‑
S4的操作过程，通过将六水合硝酸镍的量从0.0248、0.0495至0.0991g变化，合成了具有不同氧化镍质量比的B
‑
TiO2/CuInS2样品。这些B
‑
TiO2/CuInS2样品标记为B2、B3、B4样品；
[0019]S6：将步骤S4和S5得到的B1、B2、B3、B4样品研磨，得到所述的不同质量分数的NiO改性的Cu掺杂TiO2光催化剂。
[0020]优选地，步骤S2中，磁力搅拌器转速为300r/min的转速。
[0021]优选地，步骤S2中，干燥的条件为：99℃干燥12h。
[0022]优选地，步骤S2中，煅烧条件采用马弗炉400℃空气中煅烧3h。
[0023]优选地，步骤S3中，磁力搅拌器转速为300r/min的转速。
[0024]优选地，步骤S4中，离心沉淀的离心机转速控制在6000rpm。
[0025]优选地，步骤S4中，洗涤的条件为：采用去离子水和无水乙醇交替洗涤5～6次。
[0026]优选地，步骤S4中，干燥的条件为：60℃真空干燥12h。
[0027]优选地，步骤S5中，相同的实验条件和配比是指：实验中的具体步骤以及采用的药品用量均一致。
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0029]本专利技术在二氧化钛载体的基础上制备了Cu
‑
TiO2/NiO催化剂，使用铜、镍元素改性传统的二氧化钛催化剂，与无掺杂和无负载的催化剂相比，还原CO2为CO的催化的产率由14.8μmol
·
g
‑1·
h
‑1提升至101.4μmol
·
g
‑1·
h
‑1，选择性达到90％以上，极大地提高了催化的催化活性。
[0030]根据XPS的表征结果，催化剂的Ti元素由于Cu的掺杂Ti
3+
的含量升高，该物质可以生成氧空位并有效促进CO2还原成CO，同时通过Ni元素的负载，该催化剂表现出较高含量的化学吸附氧，在一定程度上有利于CO2光催化还原反应的发生。根据Raman的结果分析，通过铜、镍元素的改性后催化剂出现了在酸位点(氧空位)，同时根据EPR表征可以发现原始的TiO2并没有出现氧空位峰，特别地，当镍氧化物负载后，Cu
‑
TiO2/NiO出现了信号峰。
[0031]与现有技术相比，本专利技术双金属助催化剂改性的Cu
‑
TiO2/NiO光催化剂可用于消除工业、商业、生活等排出的温室气体二氧化碳，通过铜掺杂和氧化镍负载可以明显改性二氧化钛催化剂光催化还原二氧化碳性能。与现有技术相比，本专利技术提供的催化剂在自然光照时具有较高的催化还原CO2的活性。催化剂制备工艺简单，环保无污染具有较强的应用价值。本专利技术制备得到的复合催化剂在全光谱光照下，室温条件中，较未改性的催化剂在活性与吸附CO2能力上有大幅提高，更利于使光催化还原装置布置于处理高浓度气相CO2环境中，以减少温室气体排放。同时，得到的还原性气体可以被分理出形成可利用的能源，该催化剂系统由于可循环利用因而还具备较好的经济性。
附图说明
[0032]图1为气相色谱仪分析系统流程图。
[0033]图2为本专利技术改性前后的TiO2材料光催化还原二氧化碳的演化：(a)CH4累积量随时间的变化；(b)CO累计量随时间的变化；(c)CO和CH4生成速率；(d)合成气(CO和H2)生成速率。
[0034]图3本专利技术Cu
‑
TiO2/NiO
‑
0.5样品的循环实验性能图。
[0035]图4为本专利技术(a)Cu
‑
TiO2/NiO
‑
0.5的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂，其特征在于，所述铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂以异原子掺杂的氧空位和负载助催化剂氧化镍为活性组分，二氧化钛为载体，并且Ni相对于Cu
‑
TiO2的质量百分比为0.1～2wt.％，固有OVs锚定Ni原子并形成镍氧化物。2.根据权利要求1所述的一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂，其特征在于，所述异原子为铜原子。3.根据权利要求1所述的一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂，其特征在于，所述Ni相对于Cu
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TiO2的质量百分比为0.1wt.％、0.5wt.％、1wt.％或2.0wt.％。4.根据权利要求1所述的一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂，其特征在于，所述铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂中Cu、TiO2、Ni的质量比为0.005：1：0.001
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0.02，并且将掺杂的NiO质量分数按照0.1、0.5、1、2四个梯度进行制备。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的一种铜掺杂镍负载的TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将0.0378g的Cu(NO3)2·
3H2O搅拌溶解在10mL钛酸四丁酯和20mL无水乙醇混合溶液中，以实现Cu:TiO2＝0.5wt.％的质量比，记为溶液1；将冰醋酸(4mL)、去离子水(5mL)和无水乙醇(10mL)的混合，记为溶液2；S2：将步骤S1得到的溶液2滴加到溶液1中，连续搅拌，直到形成凝胶，干燥并煅烧得到样品A1；S3：将步骤S2得到的样品A1取2g分散于50mL 1.0MNaOH溶液中；之后加入0.0049g六水合硝酸镍(以获得Ni的质量百分比为0.1)，磁力搅拌12h，记为悬浊液1；S4：离心悬浊液1得到沉淀1，用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀1，直到pH达到7.0；然后，在60℃下干燥过夜后，350℃下煅烧3小时，得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭皓，郑如燕，郭瑞堂，
申请(专利权)人：毅帆环境浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：